Terapias alternativas para infecções causadas por biofilmes microbianos - Mima, Ewerton Garcia de Oliveira [UNESP] (My University, 2022)
As principais infecções médico-odontológicas são causadas por biofilmes microbianos, que são complexas comunidades de micro-organismos aderidos a uma superfície e envoltos por uma matriz polimérica. Essa matriz protege as células microbianas do biofilme contra agentes externos, como agentes antimicrobianos e a resposta de defesa do hospedeiro. Assim, organizados em biofilmes, os microorganismos são mais tolerantes às terapias anti-infecciosas. Além disso, o uso de agentes antimicrobianos convencionais (antibióticos e antifúngicos) tem levado ao problemas da resistência antimicrobiana, a qual é uma ameaça mundial e um desafio atual para a área de saúde. Diante disso, torna-se necessária a pesquisa por novas modalidades terapêuticas contra biofilmes e para o combate à resistência antimicrobiana. Esta tese apresenta estudos realizados pelo grupo de pesquisa do candidato para o desenvolvimento de tratamentos contra infecções causadas por biofilmes e por cepas resistentes. Foram selecionados seis artigos científicos publicados em revistas internacionais de seletiva política editorial para compor esta tese. Os resultados desses estudos demonstraram a eficácia antibacteriana e antifúngica, inclusive contra cepas resistentes, de nanopartículas de dióxido de titânio com prata (TiO2:Ag), da Terapia Fotodinâmica antimicrobiana (aPDT), da Terapia Sonodinâmica (SDT) e da N-acetilcisteína (NAC). A ação antimicrobiana foi maior em culturas planctônicas do que em biofilmes. As nanopartículas de TiO2:Ag foram sintetizadas e caracterizadas para garantir uma produção padronizada dessas nanopartículas previamente aos ensaios antimicrobianos. Também foi desenvolvido um nanosistema de liberação de fármacos (nanopartículas poliméricas) para o encapsulamento de curcumina, fotossensibilizador (FS) hidrofóbico utilizado em aPDT, que resultou no depósito de uma patente. Observou-se ausência de efeitos adversos da utilização da aPDT mediada por essas nanopartículas de curcumina no tecido do hospedeiro quando utilizada in vivo num modelo animal de infecção fúngica oral em camundongos. Outro nanosistema utilizado como FS, nanoemulsão catiônica de ftalocianina de cloro e alumínio, demonstrou efeito fotodinâmico antimicrobiano contra um biofilme multiespécie, porém sem redução da biomassa do biofilme. A SDT, utilizada com intuito de melhorar a penetração do FS no biofilme, foi eficaz contra biofilme fúngico quando associada a aPDT. Já a NAC apresentou ação fungistática e reduziu a viabilidade, a biomassa e os componentes solúveis da matriz dos biofilmes, além de mostrar sinergismo com a caspofungina em culturas planctônicas. Em síntese, esses estudos mostram que mais esforços devem ser dirigidos no desenvolvimento de tratamentos alternativos aos antimicrobianos convencionais contra biofilmes microbianos e cepas resistentes antes da realização de ensaios clínicos.

The main medical-dental infections are caused by microbial biofilms, which are complex communities of microorganisms attached to a surface and surrounded by a polymeric matrix. The matrix protects the microbial cells within the biofilm against external agents, such as antimicrobial agents and host defense cells. Hence, organized as biofilms, microorganisms show tolerance to anti-infective approaches. Moreover, the use of conventional antimicrobial agents (antibiotics and antifungals) has led to the problematic antimicrobial resistance, which is a global threat and a challenge to the health field. Therefore, the development of new therapeutic methods against biofilms and resistant strains are needed. This thesis shows studies carried out by the candidate’s research group for the development of treatments against infections caused by biofilms and resistant strains. Six scientific articles published in international journals of selective editorial policy were selected to compose this thesis. The results of these studies demonstrated the antibacterial and antifungal efficacy of nanoparticles of titanium dioxide with silver (TiO2:Ag), antimicrobial Photodynamic Therapy (aPDT), Sonodynamic Therapy (SDT), and N-acetylcisteyne (NAC) against microbial strains, including resistant one. The antimicrobial effect was higher for planktonic cultures than for biofilms. The TiO2:Ag nanoparticles were synthesized and characterized to warrant a standard production of this nanoparticles before the antimicrobial assays. A drug-delivery nanosystem (polymeric nanoparticle) was also developed for the encapsulation of curcumin, a hydrophobic photosensitizer (PS) used in aPDT, and a patent was deposited. No adverse effects on the host’s tissue were observed when the aPDT mediated by this curcumin-nanoparticles was evaluated in vivo in a murine model of oral fungal infection. Another nanosystem used as PS, cationic nanoemulsion of chloroalluminium phthalocyanine, showed antimicrobial photodynamic effect against a multispecies biofilm, but no reduction in the total biomass was observed. The SDT, used to improve the PS penetration into the biofilm, was effective against fungal biofilm when associated with aPDT. The NAC showed fungistatic effect and reduced the viability, biomass, and soluble components of the biofilm matrix, and also demonstrated synergism with caspofungin in planktonic cultures. In summary, these studies demonstrated that more efforts should be directed to the development of alternative therapies to the conventional antimicrobial agents against biofilms and resistant strains before clinical trials.
Alternative therapies for infections caused by microbial biofilms
Keywords: Biofilmes; Anti-infecciosos; Resistência microbiana a medicamentos; Fotoquimioterapia; Nanopartículas; Biofilms; Anti-infective agents; Drug-resistance; Photochemotherapy; Nanoparticles